生物基聚羟基烷酸酯（PHA）被视为替代化石基塑料的潜在材料之一。其中，聚[(D-乳酸)-共-(R)-3-羟基丁酸酯]（LAHB）是一类可环境降解的微生物共聚酯，其乳酸（LA）比例被认为会显著影响材料性能。近期一项研究提出，通过强化重组铜绿假单胞菌中乳酸聚合酶（LPE）基因表达，可在提升LA含量的同时维持LAHB的高分子量，并改善产量与力学表现。

研究团队指出，LAHB兼具聚(L-乳酸)（PLLA）以强度和透明度见长的特性，以及聚羟基丁酸酯易于自然降解的特点。此前研究显示，LAHB可在土壤、河水、沿海海水乃至深海环境中发生生物降解。材料特性及其通过D-LA-L-LA介导与PLLA的相互作用，主要受LA比例调控。不过，在提高LA比例以调节性能的同时，如何保持高分子量LAHB（hmw-LAHB）的有效生产，被认为是实现实际应用的关键难点。

为应对这一挑战，日本信州大学水再生研究所田口诚一教授与信州大学高尚浩博士、兼香株式会社农业生物与补充研究实验室绿色星球研究组古舘翔博士和佐藤俊介博士，以及日本产业技术综合研究所（AIST）多材料研究所今井佑介博士合作，尝试通过增强LPE基因表达来提升LAHB中LA的掺入水平。田口诚一表示，LPE可能是LAHB中LA掺入的速率限制因素之一，团队希望验证该策略能否在提高生产率的同时，实现LA比例提升与高分子量之间的平衡。相关成果发表于《Polymer Degradation and Stability》。

研究以“在确保LA比例提升的同时实现LAHB最高产量”为目标。为实现LPE过表达，研究人员将LPE表达质粒载体pCUP-lacUV5-LPE通过电转化导入铜绿假单胞菌GS3系列菌株。在补料发酵条件下，GSXd147菌株以葡萄糖为碳源，并使用氢氧化铵溶液调节pH；初始葡萄糖浓度为20 g/L，当葡萄糖消耗至10 g/L时维持该浓度。

结果显示，在48小时内，改良菌株GSXd147的干细胞重（DCW）达到97 g/L，LAHB含量为70 wt%，对应最高聚合物产量为68 g/L。田口诚一表示，与此前用于LAHB生产的GS3d147菌株相比，生产率提升超过两倍，同时LA掺入率也有所提高。该批次LAHB保持高分子量（Mw 30×10^4），且LA比例达到15.4 mol%。

在材料性能方面，研究团队对纯化LAHB的机械与热性能以及LA比例进行了评估。机械测试显示，高分子量LAHB与低分子量样品存在明显差异：以往多数LAHB薄膜往往表现为高延展但强度显著降低，或强度较高但脆性较大。此次获得的高分子量LAHB薄膜拉伸强度约20 MPa、断裂伸长率约190%，研究人员称其实现了与聚乙烯等传统聚合物相当的强度与延展性平衡。

在降解表现上，研究人员观察到高、低分子量LAHB样品均可有效降解。在天然海水条件下，基于生化需氧量测定，5周内降解率超过75%。尽管两者分子量相差近八倍，降解速率相近。研究团队据此指出，海洋生物降解性可能不受分子量影响，而分子量对材料韧性更为关键。

研究团队认为，该工作展示了通过解决关键酶学瓶颈，生物工程策略可在工业相关规模上带来材料性能与产量的同步提升。田口诚一表示，高质量可降解塑料被视为应对微塑料环境问题所需条件之一，而现有材料往往难以兼顾必要的物理性能；本研究提出的方法旨在通过生物技术手段缓解这一矛盾，并推动具备海洋生物降解性与实用材料性能的生物基聚合物应用。